高中物理：课时2 电路中的能量转化 闭合电路的欧姆定律

课时2电路中的能量转化闭合电路的欧姆定律

已-------课时训练

一盾础巩固

1.（2019•浙江6月学考卷）如图所示是某种电度表的表盘。表盘上标

有“720r/kW-h”，即每耗电1kW-h电度表的转盘转720圈。将该

电度表与一个电动机连接以测定电动机消耗的电能。当电动机匀速提

升50kg的重物时，电度表的转盘在40s内转2圈。已知电动机将电

能转化成机械能的效率为80%,则该电动机总功率和重物上升的速度

分别为（A）

A.250W,0.4m/sB.250W,0.5m/s

C.2500W,0.4m/sD.2500W,0.5m/s

解析：电度表的转盘在40s内转2圈，则消耗的电能忙言kW・h二

—XI000X3600J=104J,该电动机总功率P二小二空■吧W=250W;又

720t40

由PX80%=mgv得，重物上升的速度产上幽二幽"m/s=0.4m/s,选

mg500

项A正确。

2.如图所示,某中学生科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的水

果制作了水果电池，该电池能使一个发光二极管发光，但却不能使标

称值为“2.5V0.3A”的小灯泡发光。断开电路用电表测量该也池

两端的电压值,却发现接近于2.5Vo对小灯泡不亮的原因，该小组同

学进行以下一些猜想，你认为可能正确的是（D）

■F

A.水果电池的电动势太大

B.水果电池的电动势太小

C.小灯泡的电阻太大

D.水果电池的内阻太大

解析:断开电路用电表测量该电池两端的电压值接近于2.5V,表明水

果电池的电动势接近于2.5V,选项A、B错误;如果是小灯泡的电阻

太大,则水果电池的内压将接近于0,故小灯泡应正常发光,C错误;如

果是水果电池的内阻太大，水果电池的内压将很大，使得路端电压很

小，则小灯泡不能发光,D正确。

3.（2020•浙江7月选考卷）（多选）如图所示，系留无人机是利用地面

直流电源通过电缆供电的无人机，旋翼由电动机带动。现有质量为

20kg、额定功率为5kW的系留无人机从地面起飞沿竖直方向上升,

经过200s到达100m高处后悬停并进行工作。已知直流电源供电电

压为400V,若不计电缆的质量和电阻，忽略电缆对无人机的拉力，则

（BD）

A.空气对无人机的作用力始终大于或等于200N

B.直流电源对无人机供电的额定电流为12.5A

C.无人机上升过程中消耗的平均功率为100W

D.无人机上升及悬停时均有部分功率用于对空气做功

解析:无人机上升过程中必然有一个减速上升的阶段,所以必然会有

一个阶段空气对无人机的作用力小于200N,故A选项错误；由P二UI

可知，直流电源对无人机供电的额定电流为1=12.5A,B选项正确；由

于无人机上升过程中有部分功率用于对空气做功，所以无人机上升过

程中消耗的平均功率大于100Wo所以C选项错误,D选项正确。

4.（多选）通常一次闪电过程历时约0.2〜0.3s,它由若干个相继发生

的闪击构成。每个闪击持续时间仅40〜80us,电荷转移主要发生在

第一个闪击过程中。在某一次闪电前云地之间的电势差约为1.0义

109V,云地间距离约为1kni;第一个闪击过程中云地间转移的电荷量

约为6C,闪击持续时间约为60uso假定闪电前云地间的电场是均

匀的。根据以上数据，下列判断正确的是（AC）

A.闪电电流的瞬时值可达到1X10'A

B.整个闪电过程的平均功率约为1X10“W

C.闪电前云地间的电场强度约为1义1。6V/m

D.整个闪电过程向外释放的能量约为6X10"J

解析：根据题意第一个闪击过程中转移电荷量Q=6C,时间约为t二

60us,故平均电流为I平产二1X10,A,闪电过程中的瞬时最大值一定

大于平均值，故A正确；第一次闪击过程中电功约为W=QU=6X10°J,

第一个闪击过程的平均功率P二/二1X1014W,由于一次闪电过程主要发

生在第一个闪击过程中，但整个闪电过程中的时间远大于60us,故

B错误；闪电前云与地之间的电场强度约为E=勺噜V/m=lXIO,,V/m,

a1000

故C正确；整个闪电过程向外释放的能量约为26义IO,J,故D错误。

5.（多选）某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的

发热功率P,随电流I变化的图线画在同一坐标系内，如图所示,根据

图线可知（CD）

A.反映匕变化的图线是a

B.电源电动势为8V

C.电源内阻为2Q

D.当电流为0.5A时，外电路的电阻为6Q

解析：电源的总功率PE二IE,功率与电流成正比，由2r知电源内部的

发热功率与电流的平方成正比,A错误;直流电源的总功率P.-IE,P-I

图像的斜率等于电动势E,则有E=^=lV=4V,电流为2A时电源的总

功率与发热功率相等,则根据P尸12r可得「哼吟Q=2Q,当电流为

I4

0.5A时，根据闭合电路欧姆定律rg可得出外电路电阻为6Q,故

r+R

B错误,C、D正确。

6.如图所示，电动牙刷充电时将牙刷插入充电座内，充电座中的线圈

接入220V交流电,牙刷内的线圈两端获得4.5V的电压,充电底座和

牙刷内的线圈可简化为理想变压器，再通过控制电路对牙刷内部的直

流充电电池充电，电池的电动势为2.4V,内阻为0.10Q,容量为

800mA-h,10小时即可充满。充满电后用户平均每天使用4分钟,可

以连续使用60天。关于此电动牙刷的说法正确的是(C)

A.充电座和牙刷中线圈的匝数比为9：440

B.充电时，直流充电电池中的平均电流是200mA

C.电池最多能提供的电能为6912J

D.使用时电池的平均输出功率为0.48W

解析:根据变压器电压比公式多二出得，充电座和牙刷中线圈的匝数比

U2n2

应为包二凳二440:9,选项A错误；充电时的平均电流/子8。。弋.h二

n24.5t10h

80inA,选项B错误;电池最多能提供的电能为W=Eq=2.4VX800mA•

h=6912J,选项C正确;使用时电池的平均总功率为P二;二耳々W=

t4X60X60

0.48W,则输出功率应小于0.48W,选项D错误，

7.某商场安装了一台倾角为30。的自动扶梯，该扶梯在电压为380V

的电动机带动下以0.4m/s的恒定速率向斜上方移动，电动机的最大

输出功率为4.9kWo不载人时测得电动机中的电流为5A,若载人时

扶梯的移动速率与不载人时相同，忽略电动机内阻的热损耗，取扶梯

载人的平均质量为60kgo则这台自动扶梯可同时乘载的最多人数为

(B)

A.12B.25C.30D.40

解析：忽略电动机内阻的热损耗，故电动机的输入功率和输出功率相

等。即空载时维持扶梯运行的电功率为Po=UI=38OX5W=1900W,故

可用于载送乘客的多余功率为P=P『P°二4.9kW-1.9kW=3kWo扶梯斜

向上做匀速运动，故每位乘客受重力mg和支持力F作用，且F=mg,电

动机通过扶梯支持力对人做功，其功率为P'=Fvcosa=

mgvcos（90°-30°）=120W,故同时乘载的最多人数为N二提二察也

25（人）。

8.硅光电池是一种太阳能电池,具有低碳环保的优点。如图所示，图线

a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图像（电池内

阻不是常量），图线b是某电阻R的U」图像。在该光照强度下将它们

组成闭合回路吐硅光电池的内阻为（A）

A.5.5QB.7.0QC.12.0QD.12.5Q

解析：由闭合电路欧姆定律得U=E-Ir,当I二0时,E二U,由图线a与纵轴

的交点读出电源的电动势为E=3.6V,根据两图线交点处的状态可知,

电阻的电压为U=2.5V,电流为1=0.2A,则硅光电池的内阻为

r二早二步|速。二5.5Q,故A正确。

9.（多选）现用充电器为一手机锂电池充电,等效电路如图所示,充电

器电源的输出电压为U,输出电流为I,手机电池的内阻为r,下列说法

正确的是（AC）

•B

••••••J/•••••・

充电器鲤电池

A.电能转化为化学能的功率为UI-12r

B.充电器输出的电功率为UI+1'r

C.电池产生的热功率为12r

D.充电器的充电效率为100%

解析:充电器将电能转化为锂电池的化学能和内能，即Ult=E化+『rt,

充电器输出的电功率为UI,电池产生的热功率为Pr,据此可知，电能

转化为化学能的功率为UI-I2r,充电器的充电效率为等X100%,所以

选项A、C正确。

10.（多选）一辆电动观光车蓄电池的电动势为E,内阻不计，当空载的

电动观光车以大小为v的速度匀速行驶时,流过电动机的电流为I,电

动车的质量为m,电动车受到的阻力是车重的k倍，忽略电动观光车内

部的摩擦，则（BCD）

A.电动机的内阻为R4

B.电动机的内阻为R4-甯

C.电动车的工作效率n二鬻

EI

D.电动机的发热效率n二巴丝竺

EI

解析：根据能量守恒定律，ET=I2R+kmgv,所以电动机的内阻为

吟甯,选项A错误,B正确；电动车的工作效率等于输出功率与总

功率之比，即n二喏,所以C正确；电动机的发热效率H=勺丝,D

ElEI

正确。

■能力提升

11.如图所示，图甲有一电动才儿，当滑动变阻器的滑片从一端滑到另一

端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示,

已知电流表读数在0.2A以下时，电动机没有发生转动,不考虑电表对

电路的影响，以下说法不正确的是（C）

A.电路中的电源电动势为3.9V

B.电动机的电阻为4Q

C.此电路中，电动机的最大输出功率为0.90W

D.变阻器的最大阻值为32Q

解析：由于题图乙中最上面的图线表示电压表匕的电压与电流表A的

电流的变化关系,此图线的斜率大小等于电源的内阻，即厂手尹Q

U•4

=3Q;因为电流1=0.1A时，U=3.6V,则电源的电动势E=U+Ir=

3.6V+0.1X3V=3.9%故A说法正确；由题图乙中下方图线可知，电

动机的电阻门=匕署Q=4。，故B说法正确；当1=0.3A时,U=3V,

电动机的输入功率最大,最大输入功率为P=UT=3X0.3W=0.9W,电动

2

机热功率为PM=rrM=0.3X4W=0.36W,则最大的输出功率为P出二

0.9W-0.36W=0.54W,故C说法不正确；当1=0.1A时，电路中电流最

小，变阻器的电阻为最大值，所以Rrr-n尸（千-3-4）Q=32Q,故D

/U•JL

说法正确。

12.如图1是正被广泛使用的太阳能路灯，图2是其简化电路,光控开

关S白天与触点1接触,太阳能电池板为蓄电池充电,晚上与触点2接

触,蓄电池给路灯供电。太阳能电池板在晴天时每天可接收太阳能

6kW・h,能使“24V15W”的路灯正常工作6天（假设路灯平均每

天工作8h）0则该路灯（D）

图1图2

A.所采用蓄电池的电动势为24V

B.正常工作时的电流是1.6A

C.正常工作一天消耗的电能是0.015kW-h

D.把光能转化为有效电能的转化效率为12%

解析：蓄电池有内阻,要使路灯正常工作,其电动势应大于24V,A错误;

由P二UI可得,路灯正常工作时的电流1二片"A=0.625A,B错误;路灯

U24

正常工作时的功率P=15W=0.015kW,该路灯正常工作一天消耗的电

能W二Pt=0.015kWX8h=0.12能•h,C错误;路灯正常工作6天消耗

的电能是W1U=nW=6X0.12kW-h=0.72kW-h,太阳能电池板把光能转

化为电能的转化效率n二2X100炉01鬻丁乂100%=12%,D正确。

W!、6kW•h

13.图甲为某元件R的U-1特性曲线,把它连成图乙所示电路。已知电

源电动势E=5V,内阻r=1.0Q,定值电阻Ro=4闭合开关S

后，求：

(1)该元件的电功率；

⑵电源的输出功率。

解析：(1)设非线性元件的电压为U,电流为I,由欧姆定律得

U=E-I(R0+r),

代入数据得U=5-51,

画出U=5-5I图线如图,

两图线交点坐标为(0.4,3.0),

该元件的电功率

PR=UI=3.0X0.4W=1.2WO

(2)电源的输出功率

P=PRO+PR=/RO+PR二0,4%4W+1.2W=1.84Wo

答案：(1)1.2W(2)1.84W

14.某节水喷灌系统如图所示，喷口距地面的高度h=1.8叫能沿水平

方向旋转，喷口离转动中心的距离a=1.0m,水可沿水平方向喷出喷

水的最大速率v°=10m/s,每秒喷出水的质量叫二7.0kg。所用的水是

从井下抽取的,井中水面离地面的高度H=3.2m,并一直保持不变。水

泵由电动机带动，电动机线圈电阻厂5.0Q。电动机正常工作时，电

动机的输入电压U=220V,输入电流1=4.0Ao不计电动机的摩擦损耗,

电动机的输出功率等于水泵所需要的最大输入功率。水泵的输出功率

与输入功率之比称为水泵的抽水效率。(计算时JT取3,g取10m/s2,

球体表面积S=4兀?)

XQ7

(1)求这个喷灌系统所能喷灌的最大面积S;

(2)假设系统总是以最大喷水速度工作,求水泵的抽水效率n；

(3)假设系统总是以最大喷水速度工作，在某地区将太阳能电池产生

的电能直接供该系统使用，求所需太阳能电池板的最小面积Smino(已

知：太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗,太阳辐射的

总功率Po=4X1026W,太阳到地球的距离R=l.5X10”m,太阳能电池的

能量转化效率约为15%)

解析：(1)水从喷口喷出后做平抛运动，

下落高度h=1gt2,最大喷灌圆面半径x=a+v()t=7m,

222

喷灌最大面积S=nx-na=144mo

(2)电动机的输入功率PIti=UI=220X4.0归880W,

电动机的热功率P热=1r=4.()2><5,0W=80W,

水泵的输入功率等于电动机的输出功率，

P入二P电-P热二800W,

2

.=L-人।I___^mv+mg(H+h)

水泵的输出功率Pk0J——，

其中m=mot,求得P出=700W,

水泵抽水效率HX100%=87.5%

P入o

(3)电池板最小面积S恤接收太阳能的功率

I^X70%XSnin,

电池板接收的太阳能转化为电能的功率

P电=UI=PX15%,联立以上两式得S■产5.7m2o

答案：(1)144m2(2)87.5%(3)5.7m2

15.如图所示的电路中，电源的电动势E二28V,内阻r=2Q,电阻R产

12Q,R2=R4=4Q,R3=8Q,C为平行板电容器,其电容C=3.0pF,虚线

3

到两极板的距离相等，极板长L=0.20m,两极板的间距d=l.0X10mo

(g取10m/s2)

(1)若开关S处于断开状态，则将其闭合后，流过R,的电荷量为多少?

(2)若开关S断开时，有一个带电微粒沿虚线方向以v0=2.0m/s的初

速度射入平行板电容器的两极板间，带电微粒刚好沿虚线匀速运动,

则：当开关S闭合后，此带电微粒以相同的初速度沿虚线方向射入两

极板间，能否从极板间射出？

解析：(1)S断开时，电阻R,两端电压山二厂*二16V,S闭合后,外电路

区3+区2+「

的总电阻R二皿五吆二6Q,

R[+/?2+R3

路端电压U等二21V,

R+r

电阻R两端的电压口二/hU=14V,

+R3

流过R]的电荷量AQ=CU3-CIV=6.0Xl(rCo

⑵设带电微粒的质量为m,带电荷量为q,当开关S断开时,有哼二mg,

当开关S闭合后，设带电微粒的加速度为a,则irg-^ma,

a

假设带电微粒能从极板间射出，则水平方向有t—,